專利名稱：一種雙腔準(zhǔn)分子激光器的同步控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及單片機(jī)控制領(lǐng)域，具體為一種利用單片機(jī)延時(shí)控制的雙腔準(zhǔn)分子激光器同步控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
準(zhǔn)分子激光器能夠在紫外波段提供高能量、高峰值功率、高光束質(zhì)量的激光輸出，由于波長短、脈寬短、峰值功率高，其輸出光束在冷加工中使多種金屬、非金屬材料氣化，產(chǎn)生整齊的切邊，無熱影響區(qū)，在工業(yè)微加工領(lǐng)域準(zhǔn)分子激光器有著廣泛的應(yīng)用，特別是在紫外光刻領(lǐng)域目前還有著無可取代的地位。近年來，用于光刻的準(zhǔn)分子激光器輸出功率越來越大，而關(guān)于脈沖能量穩(wěn)定性、波長穩(wěn)定性和帶寬穩(wěn)定性等光束參數(shù)的規(guī)范也越來越嚴(yán)格，這樣的情況下，采用單一放電腔的準(zhǔn)分子激光器設(shè)計(jì)基本不可行，因?yàn)閷?duì)脈沖能量的精確控制可能會(huì)對(duì)波長或帶寬造成不利影響。目前國外的主流做法是采用兩放電腔的準(zhǔn)分子激光器，即雙腔準(zhǔn)分子激光器。這類結(jié)構(gòu)中，第一個(gè)放電腔產(chǎn)生激光能量較低但光束參數(shù)較好的種子光，種子光傳輸?shù)降诙€(gè)放電腔時(shí)，該放電腔放電，并對(duì)種子光進(jìn)行能量放大，這樣可以獲得高重復(fù)頻率條件下的能量較大且光束參數(shù)良好的準(zhǔn)分子激光輸出，過程如圖3所示。由于準(zhǔn)分子激光器的放電時(shí)間很短，一般2(T50ns，且激活介質(zhì)的上能級(jí)壽命也在 IOns量級(jí)，因此準(zhǔn)分子激光器的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)僅能在放電期間存在。所以在這種雙腔準(zhǔn)分子激光器中，第一個(gè)激光器的激光束到達(dá)第二個(gè)激光器時(shí)，該激光器必須粒子數(shù)反轉(zhuǎn)才能實(shí)現(xiàn)對(duì)種子光的有效放大。因此，雙腔準(zhǔn)分子激光器的放電必須時(shí)間上在一定范圍內(nèi)同步，例如±5ns。但是由于存在諸多影響雙腔準(zhǔn)分子激光器放電時(shí)間的因素，且會(huì)隨著工作時(shí)間和脈沖數(shù)量等逐漸改變初始的相對(duì)時(shí)序，因此影響雙腔準(zhǔn)分子激光器兩腔的同步性，使得雙腔準(zhǔn)分子激光器不能正常工作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種雙腔準(zhǔn)分子激光器的同步控制系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中雙腔準(zhǔn)分子激光器由于兩腔放電同步性差，進(jìn)而影響其正常使用的問題。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為
一種雙腔準(zhǔn)分子激光器的同步控制系統(tǒng)，包括雙腔準(zhǔn)分子激光器本體，其特征在于還包括直流電源、充電模塊、第一升壓模塊、第一磁開關(guān)模塊、第二升壓模塊、第二磁開關(guān)模塊和同步控制模塊，所述直流電源給充電模塊供電，所述充電模塊將電能分兩路輸出，一路依次經(jīng)第一升壓模塊升壓、第一磁開關(guān)模塊脈沖壓縮后對(duì)雙腔準(zhǔn)分子激光器的MO腔進(jìn)行放電激勵(lì)，另一路依次經(jīng)第二升壓模塊升壓、第二磁開關(guān)模塊脈沖壓縮后對(duì)雙腔準(zhǔn)分子激光器的PA腔進(jìn)行放電激勵(lì)，所述同步控制模塊的控制端輸出信號(hào)至第一、第二升壓模塊，同步控制模塊的信號(hào)采集端分別采集雙腔準(zhǔn)分子激光器MO腔和PA腔的放電信號(hào)。
所述的一種雙腔準(zhǔn)分子激光器的同步控制系統(tǒng)，其特征在于所述同步控制模塊由取樣電路、聞速光I禹、延時(shí)電路、時(shí)序判斷電路、單片機(jī)和聞速放大電路構(gòu)成，所述單片機(jī)發(fā)出脈沖信號(hào)，脈沖信號(hào)依次經(jīng)延時(shí)電路延時(shí)、高速光耦隔離、高速放大電路放大后分別傳送至第一升壓模塊和第二升壓模塊，所述取樣電路分別對(duì)雙腔準(zhǔn)分子激光器的MO腔和PA 腔進(jìn)行取樣得到取樣信號(hào)，取樣信號(hào)依次經(jīng)高速光耦隔離、時(shí)序判斷電路判斷后傳送至單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)取樣信號(hào)對(duì)延時(shí)電路進(jìn)行延時(shí)控制并繼續(xù)發(fā)送脈沖信號(hào)。所述的一種雙腔準(zhǔn)分子激光器的同步控制系統(tǒng)，其特征在于所述第一升壓模塊和第二升壓模塊結(jié)構(gòu)相同，且第一升壓模塊和第二升壓模塊與充電模塊之間均設(shè)有儲(chǔ)能電容器。所述的一種雙腔準(zhǔn)分子激光器的同步控制系統(tǒng)，其特征在于所述第一磁開關(guān)模塊和第二磁開關(guān)模塊均包括有多級(jí)磁開關(guān)。所述的一種雙腔準(zhǔn)分子激光器的同步控制系統(tǒng)，其特征在于所述延時(shí)電路中采用數(shù)字可編程延遲發(fā)生器。所述的一種雙腔準(zhǔn)分子激光器的同步控制系統(tǒng)，其特征在于所述同步控制模塊中延時(shí)電路、時(shí)序判斷電路和單片機(jī)與外界通過高速光耦隔離，并采用屏蔽盒進(jìn)行屏蔽，所述同步控制模塊整體也采用屏蔽盒進(jìn)行屏蔽。本發(fā)明的有益效果為
本發(fā)明通過對(duì)雙腔準(zhǔn)分子激光器的兩腔進(jìn)行實(shí)時(shí)取樣并反饋信息給單片機(jī)，通過單片機(jī)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)數(shù)字可編程延遲發(fā)生器，達(dá)到了兩腔放電時(shí)間間隔<±5ns精度的同步控制，有效地實(shí)現(xiàn)了雙腔準(zhǔn)分子激光器兩腔的同步，且本發(fā)明中采用多重屏蔽保護(hù)，有效地降低了雙腔準(zhǔn)分子激光器在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的電磁干擾，保證了系統(tǒng)的正常運(yùn)行。


圖I為本發(fā)明的原理框圖。圖2為本發(fā)明中同步控制模塊的原理框圖。圖3為雙腔準(zhǔn)分子激光器的原理示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖I所示，本發(fā)明包括雙腔準(zhǔn)分子激光器本體，還包括直流電源、充電模塊、第一升壓模塊、第一磁開關(guān)模塊、第二升壓模塊、第二磁開關(guān)模塊和同步控制模塊，直流電源給充電模塊供電，充電模塊將電能分兩路輸出，一路依次經(jīng)第一升壓模塊升壓、第一磁開關(guān)模塊脈沖壓縮后對(duì)雙腔準(zhǔn)分子激光器的MO腔進(jìn)行放電激勵(lì)，另一路依次經(jīng)第二升壓模塊升壓、第二磁開關(guān)模塊脈沖壓縮后對(duì)雙腔準(zhǔn)分子激光器的PA腔進(jìn)行放電激勵(lì)，同步控制模塊的控制端輸出信號(hào)至第一、第二升壓模塊，同步控制模塊的信號(hào)采集端分別采集雙腔準(zhǔn)分子激光器MO腔和PA腔的放電信號(hào)。同步控制I旲塊由取樣電路、聞速光I禹、延時(shí)電路、時(shí)序判斷電路、單片機(jī)和聞速放大電路構(gòu)成，所述單片機(jī)發(fā)出脈沖信號(hào)，脈沖信號(hào)依次經(jīng)延時(shí)電路延時(shí)、高速光耦隔離、高速放大電路放大后分別傳送至第一升壓模塊和第二升壓模塊，所述取樣電路分別對(duì)雙腔準(zhǔn)分子激光器的MO腔和PA腔進(jìn)行取樣得到取樣信號(hào)，取樣信號(hào)依次經(jīng)高速光耦隔離、時(shí)序判斷電路判斷后傳送至單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)取樣信號(hào)對(duì)延時(shí)電路進(jìn)行延時(shí)控制并繼續(xù)發(fā)送脈沖信號(hào)。第一升壓模塊和第二升壓模塊結(jié)構(gòu)相同，且第一升壓模塊和第二升壓模塊與充電模塊之間均設(shè)有儲(chǔ)能電容器。直流電源通過LC諧振方式對(duì)兩儲(chǔ)能電容器同時(shí)充電，以確保兩電容器充電電壓相同。所采用的開關(guān)管為TECHSEM公司的Y30KKE可控硅，截止二極管采用 International Rectifier 公司的 HFA80FA120。第一磁開關(guān)模塊和第二磁開關(guān)模塊均包括有多級(jí)磁開關(guān)，對(duì)放電脈沖進(jìn)行多級(jí)壓縮后對(duì)激光器進(jìn)行激勵(lì)出光。磁開關(guān)為自行制造。延時(shí)電路中采用AD公司的AD9501數(shù)字可編程延遲發(fā)生器。單片機(jī)采用Microchip 公司的 PIC16F873A。同步控制模塊中延時(shí)電路、時(shí)序判斷電路和單片機(jī)與外界通過高速光耦隔離，并采用屏蔽盒進(jìn)行屏蔽，同步控制模塊整體也采用屏蔽盒進(jìn)行屏蔽。本發(fā)明的工作過程為直流電源經(jīng)充電模塊對(duì)儲(chǔ)能電容器進(jìn)行充電，充電達(dá)到需要的電壓后第一、第二升壓模塊被觸發(fā)，則第一、第二升壓模塊中的脈沖變壓器分別對(duì)充電電壓進(jìn)行升壓，然后再經(jīng)過第一、第二磁開關(guān)模塊中兩到三級(jí)的磁開關(guān)分別進(jìn)行脈沖壓縮， 最后實(shí)現(xiàn)對(duì)雙腔準(zhǔn)分子激光器的兩放電腔的放電激勵(lì)。同步控制模塊的主要工作過程如下
1、首先單片機(jī)按照設(shè)定的重復(fù)頻率產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)；
2、觸發(fā)信號(hào)經(jīng)一路固定延時(shí)和一路可變延時(shí)后變?yōu)閮陕反嬖谝欢ㄏ鄬?duì)延時(shí)的觸發(fā)信
號(hào);
3、兩路觸發(fā)信號(hào)經(jīng)高速光耦隔離后經(jīng)高速放大電路放大，然后對(duì)MO腔和PA腔進(jìn)行觸
發(fā)；
4、進(jìn)行一段時(shí)間的延時(shí)后，MO腔和PA腔分別放電，信號(hào)被取樣電路獲得；
5、兩路取樣信號(hào)經(jīng)高速光耦隔離后進(jìn)行時(shí)序判斷，判斷出先后順序；
6、單片機(jī)根據(jù)兩路信號(hào)的時(shí)序?qū)勺冄訒r(shí)進(jìn)行延長或縮短；
7、繼續(xù)下一個(gè)脈沖。以上的控制過程主要特點(diǎn)為只進(jìn)行簡單的時(shí)序判斷，然后單片機(jī)通過逐步調(diào)節(jié)的方式將兩路反饋信號(hào)的相對(duì)延時(shí)控制在數(shù)字可編程延遲發(fā)生器的正負(fù)一個(gè)步進(jìn)單位時(shí)間內(nèi)，所以該電路的延時(shí)控制精度及其抖動(dòng)主要由采用的數(shù)字可編程延遲發(fā)生器決定。由于準(zhǔn)分子激光器在運(yùn)行中存在著較強(qiáng)的電磁干擾，所以上面的電路設(shè)計(jì)采用兩重屏蔽盒加高速光耦隔離的電磁隔離方式，首先電路中間的數(shù)字邏輯控制部分即延時(shí)電路、時(shí)序判斷電路和單片機(jī)與外界通過光耦進(jìn)行隔離，其次該部分再次采用屏蔽盒進(jìn)行屏蔽，最后上面的整個(gè)取樣直至輸出的電路采用屏蔽盒進(jìn)行屏蔽。通過上面所述的隔離和屏蔽方式，有效地防止系統(tǒng)在工作中受到電磁干擾，可以確保雙腔準(zhǔn)分子激光器在高重頻運(yùn)行中不會(huì)產(chǎn)生邏輯錯(cuò)誤，并實(shí)現(xiàn)兩腔放電時(shí)間間隔<±5ns精度的同步控制。
權(quán)利要求
1.一種雙腔準(zhǔn)分子激光器的同步控制系統(tǒng)，包括雙腔準(zhǔn)分子激光器本體，其特征在于 還包括直流電源、充電模塊、第一升壓模塊、第一磁開關(guān)模塊、第二升壓模塊、第二磁開關(guān)模塊和同步控制模塊，所述直流電源給充電模塊供電，所述充電模塊將電能分兩路輸出，一路依次經(jīng)第一升壓模塊升壓、第一磁開關(guān)模塊脈沖壓縮后對(duì)雙腔準(zhǔn)分子激光器的MO腔進(jìn)行放電激勵(lì)，另一路依次經(jīng)第二升壓模塊升壓、第二磁開關(guān)模塊脈沖壓縮后對(duì)雙腔準(zhǔn)分子激光器的PA腔進(jìn)行放電激勵(lì)，所述同步控制模塊的控制端輸出信號(hào)至第一、第二升壓模塊， 同步控制模塊的信號(hào)采集端分別采集雙腔準(zhǔn)分子激光器MO腔和PA腔的放電信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種雙腔準(zhǔn)分子激光器的同步控制系統(tǒng)，其特征在于所述同步控制|旲塊由取樣電路、聞速光稱、延時(shí)電路、時(shí)序判斷電路、單片機(jī)和聞速放大電路構(gòu)成，所述單片機(jī)發(fā)出脈沖信號(hào)，脈沖信號(hào)依次經(jīng)延時(shí)電路延時(shí)、高速光耦隔離、高速放大電路放大后分別傳送至第一升壓模塊和第二升壓模塊，所述取樣電路分別對(duì)雙腔準(zhǔn)分子激光器的MO腔和PA腔進(jìn)行取樣得到取樣信號(hào)，取樣信號(hào)依次經(jīng)高速光耦隔離、時(shí)序判斷電路判斷后傳送至單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)取樣信號(hào)對(duì)延時(shí)電路進(jìn)行延時(shí)控制并繼續(xù)發(fā)送脈沖信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種雙腔準(zhǔn)分子激光器的同步控制系統(tǒng)，其特征在于所述第一升壓模塊和第二升壓模塊結(jié)構(gòu)相同，且第一升壓模塊和第二升壓模塊與充電模塊之間均設(shè)有儲(chǔ)能電容器。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種雙腔準(zhǔn)分子激光器的同步控制系統(tǒng)，其特征在于所述第一磁開關(guān)模塊和第二磁開關(guān)模塊均包括有多級(jí)磁開關(guān)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種雙腔準(zhǔn)分子激光器的同步控制系統(tǒng)，其特征在于所述延時(shí)電路中采用數(shù)字可編程延遲發(fā)生器。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種雙腔準(zhǔn)分子激光器的同步控制系統(tǒng)，其特征在于所述同步控制模塊中延時(shí)電路、時(shí)序判斷電路和單片機(jī)與外界通過高速光耦隔離，并采用屏蔽盒進(jìn)行屏蔽，所述同步控制模塊整體也采用屏蔽盒進(jìn)行屏蔽。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙腔準(zhǔn)分子激光器的同步控制系統(tǒng)，包括有直流電源、充電模塊、第一升壓模塊、第二升壓模塊、第一磁開關(guān)模塊、第二磁開關(guān)模塊和同步控制模塊，在同步控制模塊中通過對(duì)雙腔準(zhǔn)分子激光器的兩腔進(jìn)行實(shí)時(shí)取樣并反饋信息給單片機(jī)，并通過單片機(jī)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)數(shù)字可編程延遲發(fā)生器，達(dá)到了兩腔放電時(shí)間間隔<±5ns精度的同步控制，有效地實(shí)現(xiàn)了雙腔準(zhǔn)分子激光器兩腔的同步，且本發(fā)明中采用多重屏蔽保護(hù)，有效地降低了雙腔準(zhǔn)分子激光器在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的電磁干擾，保證了系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
文檔編號(hào)H01S3/102GK102593704SQ201210015368
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月18日
發(fā)明者方曉東, 梁勖, 王效順, 鮑健 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所